Nghiên cứu đặc điểm bùn thải công nghiệp khai thác và chế biến quặng thiếc

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đặc điểm bùn thải công nghiệp khai thác chế biến quặng thiếc và đề xuất giải pháp quản lý tái sử dụng hiệu quả.

• Tác giả: Vũ Thị Hồng Nguyệt
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Vân Anh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đặc điểm bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc và đề xuất giải pháp quản lý, tái sử dụng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về địa hóa, khoáng vật thiếc và công nghệ tuyển quặng thiếc
• 1.2. Tổng quan về hiện trạng phát sinh bùn thải từ ngành công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng thiếc tại Việt Nam
• 1.2.1. Tình hình phát triển ngành công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng thiếc trên thế giới
• 1.2.2. Tình hình phát triển ngành công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng thiếc tại Việt Nam
• 1.2.3. Hiện trạng quản lý và các công nghệ xử lý bùn thải khai khoáng
• 1.2.4. Các hình thức khai thác, chế biến khoáng sản
• 1.2.5. Công nghệ khai thác và tuyển khoáng
• 1.2.6. Hiện trạng quản lý khai thác và chế biến khoáng sản
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập, tổng quan tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp kế thừa
• 2.2.3. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa
• 2.2.4. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.2.5. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá về lượng bùn thải giàu phát sinh tại khu vực nghiên cứu Quỳ Hợp, Nghệ An
• 3.2. Đánh giá đặc điểm bùn thải tại Huyện Quỳ Hợp, Nghệ An
• 3.3. Đề xuất phương án công nghệ xử lý
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc

Bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp khai khoáng. Bùn thải này không chỉ chứa các kim loại nặng mà còn có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách. Việc hiểu rõ về đặc điểm và thành phần của bùn thải là rất cần thiết để tìm ra các giải pháp tái sử dụng hiệu quả.

1.1. Đặc điểm của bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc

Bùn thải từ quá trình khai thác quặng thiếc thường chứa nhiều kim loại nặng như Cu, Ni, Cr, Cd, Pb. Đặc điểm này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến sức khỏe con người. Việc phân tích thành phần hóa học của bùn thải là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm.

1.2. Tình hình phát sinh bùn thải tại Việt Nam

Tại Việt Nam, ngành công nghiệp khai thác quặng thiếc đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến sự gia tăng đáng kể lượng bùn thải. Nhiều khu vực khai thác chưa có hệ thống xử lý bùn thải hiệu quả, gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ bùn thải công nghiệp

Ô nhiễm môi trường do bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc là một trong những thách thức lớn hiện nay. Bùn thải chứa các kim loại nặng có thể xâm nhập vào nguồn nước, đất và không khí, gây ra nhiều hệ lụy cho sức khỏe con người và hệ sinh thái.

2.1. Ảnh hưởng của bùn thải đến sức khỏe con người

Các kim loại nặng trong bùn thải có thể gây ra nhiều bệnh tật nghiêm trọng như ung thư, bệnh thận và các vấn đề về thần kinh. Việc tiếp xúc lâu dài với các chất độc hại này có thể dẫn đến những hậu quả không thể khắc phục.

2.2. Tác động đến hệ sinh thái

Bùn thải không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây hại cho hệ sinh thái. Sự tích tụ của các kim loại nặng trong đất và nước có thể làm giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật và động vật.

III. Phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp hiệu quả

Để giảm thiểu ô nhiễm từ bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc, cần áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả. Các công nghệ hiện đại có thể giúp tái sử dụng bùn thải, biến nó thành nguồn tài nguyên có giá trị.

3.1. Công nghệ xử lý bùn thải tiên tiến

Các công nghệ như lọc sinh học, xử lý hóa học và tái chế vật liệu có thể được áp dụng để xử lý bùn thải. Những công nghệ này không chỉ giúp loại bỏ các kim loại nặng mà còn có thể thu hồi các khoáng sản có giá trị.

3.2. Giải pháp tái sử dụng bùn thải

Tái sử dụng bùn thải trong xây dựng, sản xuất vật liệu xây dựng hoặc làm phân bón là một trong những giải pháp hiệu quả. Việc này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm tài nguyên.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu về bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc đã chỉ ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc xử lý và tái sử dụng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ xử lý hiện đại có thể giảm thiểu ô nhiễm và tăng cường hiệu quả sử dụng tài nguyên.

4.1. Kết quả từ các nghiên cứu thực địa

Các nghiên cứu thực địa tại các khu vực khai thác cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ xử lý bùn thải đã giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách đáng kể. Nhiều khu vực đã có thể tái sử dụng bùn thải thành công.

4.2. Ứng dụng công nghệ trong quản lý bùn thải

Việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý bùn thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế. Các doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí và tăng cường hiệu quả sản xuất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Bùn thải công nghiệp khai thác quặng thiếc là một vấn đề cần được giải quyết triệt để. Việc áp dụng các giải pháp xử lý và tái sử dụng bùn thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế. Tương lai của ngành công nghiệp khai thác quặng thiếc cần hướng đến sự phát triển bền vững.

5.1. Tương lai của ngành công nghiệp khai thác

Ngành công nghiệp khai thác quặng thiếc cần phải chuyển mình để thích ứng với các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Việc áp dụng công nghệ mới và các giải pháp tái sử dụng sẽ là chìa khóa cho sự phát triển bền vững.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới để xử lý bùn thải hiệu quả hơn. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên khoáng sản.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp khai khoáng và chế biến quặng thiếc tại Việt Nam đóng vai trò then chốt trong cung ứng nguyên liệu công nghiệp, nhưng đồng thời tạo áp lực môi trường nặng nề. Quá trình làm giàu khoáng sản ghi nhận tỷ lệ tổn thất tài nguyên lên tới 16% đến 30%, trong đó hàng nghìn tấn bùn thải giàu kim loại nặng bị thải bỏ trực tiếp ra các khe suối và thung lũng tự nhiên mỗi năm. Tại trung tâm khai khoáng huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An, trữ lượng quặng thiếc sa khoáng ước tính đạt 35.000 tấn SnO2 và thiếc gốc đạt 24.000 tấn Sn, kéo theo lượng quặng đuôi mịn tích tụ trên 2.000 tấn cùng lượng phát sinh bổ sung từ 500 đến 600 tấn mỗi năm. Sự phát tán của bùn thải giàu ion kim loại nặng độc hại như đồng, chì, asen, niken làm biến đổi chế độ thủy văn của hệ thống Suối Bắc, suy thoái nguồn nước mặt và đe dọa trực tiếp đời sống dân sinh.

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh, đặc tính hóa lý, thành phần khoáng vật và phân bố cấp hạt của bùn thải công nghiệp tại 05 cơ sở khai thác, chế biến quặng thiếc điển hình trên địa bàn Quỳ Hợp giai đoạn 2017 - 2019. Mục tiêu trọng tâm là làm sáng tỏ tiềm năng thu hồi tài nguyên kim loại có ích tồn dư trong quặng đuôi, từ đó đề xuất giải pháp công nghệ xử lý và mô hình quản lý tái sử dụng tiết kiệm năng lượng. Kết quả nghiên cứu góp phần định hình giải pháp giảm thiểu 40% đến 60% lượng bùn thải xả ra tự nhiên, gia tăng hiệu suất thu hồi thiếc thêm 15% đến 25%, mở ra định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn bền vững cho ngành luyện kim màu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Lý thuyết địa hóa học khoáng sản và mô hình tinh thể học là nền tảng cốt lõi giải thích cơ chế phân bố và biến tính của thiếc trong vỏ Trái Đất. Thiếc có trọng lượng nguyên tử 118,69 g/mol, tỷ trọng 7,3 g/cm3 và trị số Clark 2,5 ppm. Khoáng vật thương mại chủ yếu là cassiterit (SnO2) kết tinh hệ bốn phương với độ cứng 6,0 - 7,0 và hàm lượng thiếc đạt 78,77%, cùng stannit (Cu2FeSnS4) có độ cứng 3,5 - 4,0 và hàm lượng thiếc từ 24,08% đến 29,08%. Quá trình phong hóa các khoáng vật sulfur đi kèm như pyrit, arsenopyrit làm giảm độ pH môi trường nước xuống dưới 6,8, thúc đẩy sự hòa tan và di chuyển của ion kim loại nặng.

Nghiên cứu kết hợp nguyên lý tuyển khoáng đa trọng lực và mô hình thủy luyện hòa tách axit. Các khái niệm trung tâm bao gồm: quặng đuôi mịn (kích thước hạt nhỏ hơn 0,074 mm), hệ số làm giàu khoáng sản, hiệu suất thực thu kim loại, và động học hòa tách ion kim loại trong môi trường axit sunfuric loãng nồng độ 0,5M đến 2,0M. Khung phân tích này định hướng việc đánh giá sự phân bố thiếc giữa các phân đoạn cấp hạt và khả năng thu hồi chọn lọc kim loại từ chất thải rắn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu thứ cấp từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nghệ An cùng hồ sơ kỹ thuật của 05 doanh nghiệp khai khoáng từ năm 2017 đến năm 2019. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 15 mẫu bùn thải đại diện (khối lượng từ 3 kg đến 5 kg mỗi mẫu) lấy tại các bãi thải và hồ lắng quặng đuôi của Công ty Tân Hoàng Khang, Xí nghiệp Bản Cô, Công ty TNHH Thiếc Hà An, Công ty Cổ phần Thiên Hoàng và Xí nghiệp Thiếc Suối Bắc. Phương pháp chọn mẫu áp dụng tiêu chuẩn TCVN 6663-13:2000 (tương đương chuẩn quốc tế ISO 5667-13:1993) kết hợp kỹ thuật chia góc tư hình nón bằng thước nhôm nhằm đảm bảo tính đại diện và đồng nhất tuyệt đối cho mẫu phân tích.

Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm sử dụng quy trình phá mẫu ướt bằng lò vi sóng UNI 8300-Analytical theo tiêu chuẩn USEPA 3015 và SMEWW 3030K với hỗn hợp axit nitric đặc (5 ml) và axit sunfuric đặc (1 ml). Hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, Cd, Sn) được định lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (AAS). Lý do lựa chọn hệ thiết bị AAS kết hợp vi sóng là độ nhạy cao ở dải nồng độ vết ppm đến ppb, tốc độ xử lý nhanh, hạn chế thất thoát nguyên tố bay hơi và phù hợp với nền mẫu bùn khoáng phức tạp. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê để xác định tương quan giữa nhiệt độ, nồng độ tác nhân hòa tách và tỷ lệ thu hồi kim loại.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích thực nghiệm trên các mẫu bùn thải tại Quỳ Hợp mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, bùn thải quặng đuôi có độ ẩm dao động từ 28,5% đến 45,2%, trong đó thành phần cấp hạt mịn dưới 0,074 mm chiếm tỷ lệ vượt trội lên đến 60,0% tổng khối lượng bùn. Cấp hạt thô trên 0,074 mm chiếm khoảng 40,0% nhưng thể hiện mức độ giàu hóa thiếc rất cao, đạt hàm lượng từ 6,5% đến 6,7% Sn, trong khi cấp hạt mịn chỉ chứa khoảng 1,48% Sn.

Thứ hai, hàm lượng thiếc nguyên khai trong bùn thải biến động từ 0,042% đến 3,50%, chứng minh lượng kim loại có ích bị thất thoát trong các khâu tuyển rửa bán cơ khí và máng cạn thủ công hiện tại là rất lớn.

Thứ ba, hàm lượng các kim loại nặng đồng hành trong bùn thải ở mức cao với đồng (Cu) đạt từ 120 mg/kg đến 450 mg/kg, chì (Pb) từ 85 mg/kg đến 230 mg/kg, kẽm (Zn) từ 110 mg/kg đến 380 mg/kg và asen (As) vượt quy chuẩn an toàn môi trường từ 1,5 đến 3,2 lần.

Thứ tư, quá trình hòa tách axit thực nghiệm cho thấy hiệu suất thu hồi kim loại gia tăng mạnh theo nồng độ axit. Khi nồng độ H2SO4 tăng từ 0,5M lên 1,5M ở nhiệt độ 60 độ C, tỷ lệ thu hồi thiếc và đồng tăng từ 42,5% lên đạt đỉnh 86,4%, trong khi sắt và các hợp chất silicat chủ yếu tồn tại lại trong bã rắn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự tổn thất lớn thiếc trong bùn thải bắt nguồn từ công nghệ đập nghiền và tuyển trọng lực thủ công lạc hậu, khiến các hạt khoáng cassiterit siêu mịn (dưới 0,04 mm) bị cuốn trôi theo dòng nước xả hồ lắng. So sánh với các nghiên cứu tại Viện KOHVELL (Anh) cho thấy hiệu suất thu hồi hạt mịn bằng bàn đãi bùn đạt 53% ở hàm lượng 0,4% Sn, hay thiết bị bàn đãi tại Vân Nam (Trung Quốc) đạt thực thu 56% đến 58%, phương pháp tuyển đa trọng lực Mozley kết hợp hòa tách axit trong nghiên cứu mang lại hiệu quả vượt trội với tỷ lệ thu hồi từ 70% đến trên 86%.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu được hệ thống hóa rõ nét qua các bảng tổng hợp thành phần cấp hạt phân bố theo tỷ lệ phần trăm khối lượng và hàm lượng nguyên tố tương ứng. Mối tương quan phi tuyến giữa nhiệt độ phản ứng (từ 30 độ C đến 80 độ C), thời gian khuấy trộn (từ 30 phút đến 240 phút) và tỷ lệ giải phóng ion kim loại nặng được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ đường động học hòa tách đa biến. Các phân tích này khẳng định bùn thải quặng thiếc Quỳ Hợp là nguồn nguyên liệu thứ cấp có giá trị kinh tế cao nếu được phân loại hạt và tiền xử lý đúng quy trình.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm hoàn thiện công tác quản lý và tái tận thu bùn thải công nghiệp quặng thiếc:

Thứ nhất, triển khai lắp đặt hệ thống tuyển đa trọng lực ly tâm kết hợp bàn đãi bùn chuyên dụng tại các xưởng tuyển tinh của 05 doanh nghiệp khai khoáng Quỳ Hợp trong giai đoạn 2020 - 2022. Mục tiêu nâng tỷ lệ thực thu thiếc cấp hạt mịn dưới 0,074 mm từ mức 42,5% lên tối thiểu 70,0%, giảm tổn thất khoáng sản hàng năm ít nhất 350 tấn quặng tinh thương phẩm. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp khai thác dưới sự hướng dẫn kỹ thuật của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim.

Thứ hai, áp dụng quy trình công nghệ hòa tách axit sunfuric tuần hoàn kín quy mô pilot để thu hồi kim loại nặng (Sn, Cu, Zn) và tái sử dụng bã thải silicat làm nguyên liệu gạch không nung và xi măng alinite từ năm 2021 đến năm 2024. Mục tiêu xử lý triệt để 100% lượng bùn thải tồn đọng (khoảng 2.000 tấn) và tận thu trên 80% kim loại có ích. Chủ thể thực hiện là Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp cùng ban điều hành đề tài KC 08.18/16-20.

Thứ ba, xây dựng và ban hành quy định kỹ thuật địa phương về an toàn đập bùn thải tại các thung lũng karst, hoàn thiện hệ thống quan trắc nước mặt tự động tại Suối Bắc trước quý IV năm 2021. Mục tiêu duy trì pH nguồn nước suối ổn định từ 6,5 đến 7,5 và giảm 90% lượng kim loại nặng phát tán ra lưu vực sông. Chủ thể thực hiện là Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nghệ An và Ủy ban nhân dân huyện Quỳ Hợp.

Thứ tư, tái cấu trúc chính sách ưu đãi thuế tài nguyên và hỗ trợ vốn vay chuyển đổi công nghệ sạch cho doanh nghiệp chế biến sâu trong giai đoạn 2022 - 2025. Mục tiêu nâng tỷ lệ tái chế chất thải rắn mỏ đạt trên 85%, biến quặng đuôi thành vật liệu xây dựng san lấp đạt chuẩn. Chủ thể chủ trì là Bộ Tài chính và Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo khoa học và ứng dụng thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Thứ nhất, các kỹ sư công nghệ tuyển khoáng và nhà quản lý mỏ kim loại màu. Lợi ích đạt được là nắm vững giải pháp tách hạt mịn và quy trình hòa tách axit, từ đó ứng dụng trực tiếp để nâng cao tỷ lệ thực thu kim loại từ 50% lên trên 80%, cắt giảm chi phí xử lý môi trường tại các bãi thải.

Thứ hai, cán bộ quản lý môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương có hoạt động khoáng sản. Luận văn cung cấp số liệu thực chứng về tải lượng phát thải, đặc tính độc học và mô hình giám sát bãi thải để hoàn thiện công tác cấp phép và kiểm tra xả thải định kỳ.

Thứ ba, các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học ngành Khoa học Môi trường, Địa chất khoáng sản và Công nghệ Hóa học. Tài liệu cung cấp quy trình phân tích mẫu bùn chuẩn quốc tế theo USEPA 3015 và AAS, đóng vai trò nền tảng cho việc giảng dạy và phát triển các đề tài nghiên cứu về thủy luyện sinh học.

Thứ tư, các doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và tư vấn môi trường. Nhóm đối tượng này có thể tiếp cận công thức tận dụng bã quặng đuôi đã tách kim loại nặng để sản xuất gạch không nung và phụ gia xi măng đạt tiêu chuẩn cơ lý.

Câu hỏi thường gặp

Bùn thải quặng thiếc tại Quỳ Hợp chứa những thành phần nguy hại chính nào?
Bùn thải chứa hàm lượng lớn khoáng vật sulfur hòa tan và các ion kim loại nặng độc hại như chì (85 - 230 mg/kg), đồng (120 - 450 mg/kg), kẽm và asen vượt tiêu chuẩn an toàn từ 1,5 đến 3,2 lần. Khi bị rửa trôi bởi nước mưa, các hợp chất này gây axit hóa nguồn nước suối tự nhiên xung quanh khu vực mỏ.

Tại sao phương pháp tuyển trọng lực truyền thống không thu hồi được thiếc trong bùn thải?
Máng cạn và bàn đãi truyền thống chỉ tách hiệu quả các hạt cassiterit thô. Khoảng 60% bùn thải tại Quỳ Hợp tồn tại ở dạng hạt mịn dưới 0,074 mm, khiến lực cản thủy động lực học lớn hơn trọng lực hạt khoáng, dẫn đến việc mất mát từ 16% đến 30% lượng thiếc vào hồ thải.

Giải pháp công nghệ nào đạt hiệu quả cao nhất trong việc tận thu thiếc cấp hạt mịn?
Thiết bị tuyển đa trọng lực kết hợp công nghệ hòa tách axit sunfuric loãng nồng độ 1,0M đến 1,5M ở nhiệt độ 60 độ C đem lại hiệu quả cao nhất. Thử nghiệm thực tế cho thấy quy trình này giúp nâng tỷ lệ thu hồi kim loại từ 42,5% lên đạt đỉnh 86,4%.

Bã bùn thải sau khi chiết tách kim loại nặng có thể tái sử dụng vào mục đích gì?
Sau khi tách kim loại nặng và rửa axit, phần bã khoáng chứa chủ yếu là thạch anh (SiO2 chiếm trên 50%), oxit nhôm và vôi được tận dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch không nung, ngói gốm sứ và chất kết dính xi măng alinite thay thế xi măng Portland.

Luận văn đã áp dụng quy chuẩn phân tích nào để xác định kim loại nặng trong bùn thải?
Mẫu bùn được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 6663-13:2000 (ISO 5667-13:1993), phá mẫu ướt bằng vi sóng theo quy trình USEPA 3015 và SMEWW 3030K, sau đó định lượng chính xác nồng độ kim loại nặng bằng hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa AAS.

Kết luận

Công trình nghiên cứu mang lại những kết luận cốt lõi và định hướng chuyển giao công nghệ quan trọng:

• Xác định rõ đặc trưng bùn thải quặng thiếc Quỳ Hợp với 60% cấp hạt mịn dưới 0,074 mm và hàm lượng thiếc thất thoát dao động từ 1,48% đến 3,50% Sn.
• Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Pb, Zn, As) và hiện tượng axit hóa nguồn nước mặt lưu vực mỏ do phong hóa khoáng vật sulfur.
• Chứng minh tính khả thi của công nghệ tuyển ly tâm kết hợp hòa tách axit hóa học, nâng hiệu suất thu hồi thiếc và kim loại quý lên 86,4%.
• Đề xuất lộ trình quản lý và tái chế chất thải mỏ thành vật liệu xây dựng giai đoạn 2020 - 2025 theo nguyên tắc kinh tế tuần hoàn.
• Cung cấp cơ sở khoa học xác thực giúp các cơ quan quản lý hoàn thiện chính sách kiểm soát môi trường mỏ và hỗ trợ doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2022 đến 2026, các cơ sở sản xuất cần chủ động áp dụng mô hình công nghệ tuyển tách tiên tiến vào quy trình sản xuất thực tế. Hãy liên hệ với các đơn vị nghiên cứu môi trường chuyên ngành để tiếp nhận chuyển giao quy trình xử lý bùn thải và tối ưu hóa tài nguyên khoáng sản ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghiệp khai khoáng là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu góp phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc ta. Nhƣng song song với sự phát triển vƣợt bậc về kinh tế là những vấn đề tiêu cực về môi trƣờng phát sinh. Hậu quả từ việc khai thác, chế biến khoáng sản không tuân theo quy định đó chính là ô nhiễm môi trƣờng – là một trong những vấn nạn của nƣớc ta thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa.

Quá trình làm giàu khoáng kim loại nặng đã tạo ra một lƣợng lớn bùn thải có chứa các hóa chất dùng trong tuyển quặng. Quá trình đổ thải trực tiếp bùn thải giàu kim loại hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu vào môi trƣờng là nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực khai thác. Ngoài ra, sự tích tụ chất thải rắn do tuyển rửa trong lòng hồ, suối khe có thể làm thay đổi dòng chảy, dung tích nƣớc, biến đổi chất lƣợng nƣớc gây hại đổi với môi trƣờng sống của con ngƣời và sinh vật. Bên cạnh đó, một trong những định hƣớng quan trọng đang đƣợc nƣớc ta cũng nhƣ các quốc gia trên thế giới quan tâm đó là vấn đề tận thu và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản.

Hiện nay, bùn thải hoặc các sản phẩm trung gian ở Việt Nam chƣa đƣợc xử lý tận thu triệt để, dẫn đến tình trạng mất mát đáng kể về thiếc cũng nhƣ một số khoáng sản có ích khác vẫn còn phổ biến. Hoạt động khai thác, chế biến thiếc tại Việt Nam chủ yếu là hoạt động sản xuất, các biện pháp bảo vệ môi trƣờng áp dụng còn hạn chế. Do vậy, Môi trƣờng xung quang khu vực này đang bị ô nhiễm rất nghiêm trọng. Nhận thức đƣợc vấn đề này, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc và đề xuất giải pháp quản lý, tái sử dụng” nhằm xác định hiện trạng trạng thải, đặc tính bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc chứa kim loại nặng.

Trên cơ sở đó, đề xuất một số giải pháp quản lý, tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng cho các khu công nghiệp khai khoáng, chế biến kim loại nặng. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng thải, đặc điểm bùn thải công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng thiếc. - Đề xuất một số giải pháp quản lý, công nghệ xử lý và tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng.

Nội dung nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng bùn thải công nghiệp khái thác, chế biến quặng thiếc. - Phân tích các chỉ tiêu đặc trƣng của bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc: Độ ẩm, thành phần cấp hạt, Thành phần kim loại: Cu, Ni, Cr, Cd, Pb…Thành phần hữu cơ, khoáng vật (nếu có) và nhiệt trị. - Đề xuất một số giải pháp quản lý, công nghệ xử lý và tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về địa hóa, khoáng vật thiếc và công nghệ tuyển quặng thiếc 1.1 Tính chất Thiếc là kim loại mềm, có màu trắng bạc, dễ dát thành lát mỏng 0,005mm.

Sn đƣợc ƣa chuộng trong kỹ thuật và đời sống do Sn có sức chống ăn mòn cao, muối Sn không độc, Sn dễ nấu chảy và có thể luyện thành hợp kim cao cấp.2 Đặc điểm khoáng vật Thiếc tồn tại trong khoáng vật thuộc các nhóm oXt, sulfostanat, surful, silicat, borat và niobat. Khoáng vật quan trọng nhất của thiếc là cassiterit (SnO2) chứa 69- 78 % Sn, stannin (Cu2FeSnS4) chứa 19-24 % Sn, tilit (PbSnS2) chứa 30,4 % Sn, cylinđrit (Pb3Sn4Sb2S14) chứa khoảng 25,12 % Sn, franckeit (Pb3Sn4Sb2S14) chứa từ 9,5 - 17,1 % Sn. Tuy nhiên, chỉ có cassiterit và stannin là tạo thành tụ khoáng. Cassiterit là khoáng vật bền vững trong điều kiện phong hóa, do vậy có thể tạo nên những mỏ sa khoáng lớn, ngƣợc lại stannin rất dễ bị phá hủy, cho nên chỉ tồn tại trong quặng gốc.

Cassiterit (SnO2) với thành phần: Sn = 78,62%; O = 21,38%; tỷ trọng 6,8 – 7,1; độ cứng 6 – 7. Trong thực tế luôn có Fe, Mn, Ta, Nb, In, Ge, Be, Zr, SiO2 đôi khi có cả V, Ni, Sb, Se… Tinh thể có dạng lăng trụ thƣờng hình kim đôi khi có dạng tháp đôi. Các mặt lăng trụ thƣờng vết thẳng đứng, còn các mặt của hình tháp lại có vết khía song song với các cạnh của chúng. Rất hay gặp các song tinh cassiterit.

Ngoài dạng kết tinh, còn có dạng khác của cassiterit, đó là dạng thiếc thớ gỗ. Thiếc thớ gỗ thƣờng có dạng nhũ hình quả lê, hình giọt nƣớc với cấu tạo tỏa tia đồng tâm do các gel SnO2 đông kết. Stannin (Cu2FeSnS4) với thành phần lý thuyết: Cu = 29,6%, Fe = 13%, Sn = 27,6%, S = 29,8%; tỷ trọng 4,3 – 5,2; độ cứng 3 – 4. Hàm lƣợng thiếc thực tế biến động từ 24,08 – 29,08%; thƣờng có Zn (đến 8,71%), Cd (đến 0,83%), Bi (đến 0,2%), Sb (0,2%), đôi khi có Pb và Ag.

Stannin thƣờng rất ít gặp so với cassiterit; nó thƣờng chỉ có mặt trong các thành tạo quặng thiếc thuộc thành hệ cassiterit – surful. Ngoài ra, ngƣời ta còn tìm thấy gần 40 khoáng vật khác nhau có chứa thiếc, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] tuy nhiên các khoáng vật này ít phổ biến, và nếu có thì cũng không đủ hàm lƣợng để khai thác công nghiệp. Hàm lƣợng thiếc tùy thuộc vào thành phần hóa học của khoáng vật. Tinh thể cassiterit Hình 1.

Tinh thể stannin Bảng 1. Bảng thống kê các khoáng vật chứa thiếc Hàm lƣợng thiếc Tên khoáng vật Công thức khoáng vật Tỷ trọng Độ cứng (%) Cassiterite SnO2 6,4 – 7,1 6–7 78,77 Oulankaite (Pd,Pt)5(Cu,Fe)4SnTe2S2 10,27 3,5 – 4 8,94 Canfieldite Ag8SnS6 6,28 2,5 10,11 Kuramite Cu3SnS4 4,56 5 27,13 Ferrokesterite Cu2(Fe,Zn)SnS4 4 27,46 Stannite Cu2FeSnS4 4,3 – 4,5 3,5 – 4 27,61 Kesterite Cu2(Zn,Fe)SnS4 4,54 – 4,59 4,5 32,65 Cernyite Cu2CdSnS4 4,776 4 24,40 Velikite Cu2HgSnS4 5,45 4 20,66 Hocassiteritrtite Ag2FeSnS4 4,77 4 22,89 Pirtquitasite Ag2ZnSnS4 4,822 4 22,48 Sakuraiite (Cu,Zn,Fe,In,Sn)4S4 4 2,8 Petrukite (Cu,Fe,Zn)2(Sn,In)S4 4,61 4,5 25,00 Rhodostannite Cu2FeSn3S8 4 41,83 Toyohaite Ag2FeSn3S8 4,94 4 40,28 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Stannoidite Cu8Fe3Sn2S12 4,29 4 18,29 2+ 2+ Volfsonite Cu10Cu Fe Fe3+2Sn3S16 4 20,52 Chatkalbitite Cu6FeSn2S8 5 4,5 25,50 Mawsonite Cu6Fe2SnS8 4,66 3,5 – 4 13,67 Hemuscovitsite Cu6SnMoS8 4,47 4 13,93 Kiddcreekite Cu6SnWS8 4 12,62 Vinciennite Cu10Fe4Sn(As,Sb)S16 4,29 4,5 7,47 Nekrasovite Cu26V2(Sn,As,Sb)6S32 4,62 4,5 – 5 10,39 Colusite Cu12V(As,Sb,Sn,Ge)3S16 4,2 3–4 4,26 Stibiocolusite Cu13V(Sb,As,Sn)3S16 4 – 4,5 2,20 Herzenbergite SnS 5,197 2 78,73 Stistaite SnSb 6,91 3 49,37 Mohite Cu2SnS3 4,86 4 34,71 Tealbitlite PbSnS2 6,4 1,5 – 2 30,44 Surfulredaite PbSnS3 5,54 – 5,88 2,5 – 3 30,41 Potosiite Pb6Sn2FeSb2S14 6,2 2,5 10,65 Levyclaudite Pb8Sn7Cu3(Bi,Sb)3S28 2,5 – 3 19,97 Franckeite (Pb,Sn)6FeSn2Sb2S14 5,5 – 5,9 2,5 13,68 Cylindrite Pb3Sn4FeSb2S14 5,4 – 5,42 2,5 25,74 Yuanjiangite AuSn 11,7 – 11,9 3,5 – 4 37,60 Ottemannite Sn2S3 4,835 2 71,17 Berndtite SnS2 4,5 1–2 64,92 Vurroite Pb21SnAs11Bi11S50Cl8Se 1,24 Hàm lƣợng thiếc Tên khoáng vật Công thức khoáng vật Tỷ trọng Độ cứng (%) Cassiterite SnO2 6,4 – 7,1 6–7 78,77 Oulankaite (Pd,Pt)5(Cu,Fe)4SnTe2S2 10,27 3,5 – 4 8,94 Canfieldite Ag8SnS6 6,28 2,5 10,11 Kuramite Cu3SnS4 4,56 5 27,13 Ferrokesterite Cu2(Fe,Zn)SnS4 4 27,46 Stannite Cu2FeSnS4 4,3 – 4,5 3,5 – 4 27,61 Kesterite Cu2(Zn,Fe)SnS4 4,54 – 4,59 4,5 32,65 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cernyite Cu2CdSnS4 4,776 4 24,40 Velikite Cu2HgSnS4 5,45 4 20,66 Hocassiteritrtite Ag2FeSnS4 4,77 4 22,89 Pirtquitasite Ag2ZnSnS4 4,822 4 22,48 Sakuraiite (Cu,Zn,Fe,In,Sn)4S4 4 2,8 Petrukite (Cu,Fe,Zn)2(Sn,In)S4 4,61 4,5 25,00 Rhodostannite Cu2FeSn3S8 4 41,83 Toyohaite Ag2FeSn3S8 4,94 4 40,28 Stannoidite Cu8Fe3Sn2S12 4,29 4 18,29 2+ 2+ Volfsonite Cu10Cu Fe Fe3+2Sn3S16 4 20,52 Chatkalbitite Cu6FeSn2S8 5 4,5 25,50 Mawsonite Cu6Fe2SnS8 4,66 3,5 – 4 13,67 Hemuscovitsite Cu6SnMoS8 4,47 4 13,93 Kiddcreekite Cu6SnWS8 4 12,62 Vinciennite Cu10Fe4Sn(As,Sb)S16 4,29 4,5 7,47 Nekrasovite Cu26V2(Sn,As,Sb)6S32 4,62 4,5 – 5 10,39 Colusite Cu12V(As,Sb,Sn,Ge)3S16 4,2 3–4 4,26 Stibiocolusite Cu13V(Sb,As,Sn)3S16 4 – 4,5 2,20 Herzenbergite SnS 5,197 2 78,73 Stistaite SnSb 6,91 3 49,37 Mohite Cu2SnS3 4,86 4 34,71 Tealbitlite PbSnS2 6,4 1,5 – 2 30,44 Surfulredaite PbSnS3 5,54 – 5,88 2,5 – 3 30,41 Potosiite Pb6Sn2FeSb2S14 6,2 2,5 10,65 Levyclaudite Pb8Sn7Cu3(Bi,Sb)3S28 2,5 – 3 19,97 Franckeite (Pb,Sn)6FeSn2Sb2S14 5,5 – 5,9 2,5 13,68 Cylindrite Pb3Sn4FeSb2S14 5,4 – 5,42 2,5 25,74 Yuanjiangite AuSn 11,7 – 11,9 3,5 – 4 37,60 Ottemannite Sn2S3 4,835 2 71,17 Berndtite SnS2 4,5 1–2 64,92 Vurroite Pb21SnAs11Bi11S50Cl8Se 1,24 (Khoáng sản đại cương [24]) 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Đặc điểm địa hóa Thiếc có tên Latinh là stannum, ký hiệu Sn, là nguyên tố hóa học nhóm IV trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Thiếc kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng tứ diện. Khối lƣợng nguyên tử 118,69.

Trọng lƣợng riêng 7,3g cm. Thiếc thuộc kim loại khan hiếm. Thiếc có hai dạng thụ hình là αSn và βSn. Ở nhiệt độ thƣờng, thiếc tồn tại ở dạng βSn, đó là một loại thiếc trắng mà mọi ngƣời đều biết.

Ở nhiệt dộ dƣới +13,2 C, αSn bền hơn, là một loại bột dạng tinh thể rất mịn có màu xám. Thiếc trắng (βSn) biến thành thiếc xám (αSn) xảy ra rất nhanh ở nhiệt độ -33 ºC. Quá trình biến hóa đó mang một cái tên hình tƣợng là “bệnh dịch hạch thiếc”. Sn có trị số Clack 2,5.

Sn có 10 đồng vị với mức độ phổ biến %: Sn112 - 0,96%; Sn114 - 0,66%; Sn115 - 0,35%; Sn116 - 14,3%; Sn117 - 7,61%; Sn118 - 24,04; Sn119 - 8,58%; Sn120 - 32,85%; Sn122 - 4,72%; Sn124 - 5,94%. Thiếc có tính bền hóa học cao, trong đá magma aXt cao hơn đá mafic. Ở nhiệt độ dƣới 100 ºC thiếc không bị oxy hóa, ở bề mặt bị phủ một lớp mỏng SnO2. Thiếc đẩy hydro rất chậm từ dung dịch pha loãng H2SO4 và HCl, tan nhanh trong H2SO4 nóng đậm đặc và kiềm đậm đặc, tan trong HNO3 ngay cả trong dung dịch nóng và nguội.

Trong các hợp chất, thiếc có hóa trị Sn4+ và Sn2+. Trong điều kiện nội sinh, thiếc di chuyển đƣợc nhờ có F và B liên quan với hoạt động magma aXt. Thiếc là nguyên tố linh động, dễ di chuyển vì bản chất hai mặt, vừa là ion dƣơng trong muối đơn và phức, vừa là ion âm trong stanat và sulfostanat, nên dung dịch chứa thiếc có thể di chuyển đi xa lên phần trên của vỏ Trái đất. Có lẽ vì thế mà khoáng hoá thiếc liên quan với magma aXt có thể đi lên phần cao nhất của vỏ Trái đất, tồn tại trong vỏ sial, hoặc đến phần nóc của thể magma liên quan với chúng.

Ở dƣới sâu bên dƣới vỏ sial, các đá magma nghèo hoặc không có thiếc. Thiếc là nguyên tố lƣỡng tính, vừa có tính ƣa đá vừa có tính ƣa đồng.